材料相变与相结构实践讲解
2015 年秋季学期研究生课程考核
（研究报告）
考核科目:材料相变与相结构分析实践学生所在院（系）:材料科学与工程学院
学生所在学科:材料工程（锻压）
学生姓名:
学号:15S
学生类别:应用型
考核结果阅卷人
实验一 X射线光电子能谱仪的工作原理及基本操作
实验地点：新教学楼（格物楼）108
实验仪器：Thermo 250 Xi X射线光电子能谱仪
实验目的：
1、学习X光电子能谱仪的结构和分析原理
2、学习定性分析元素的方法
3、学习定量分析成分的方法
4、熟悉X光电子能谱仪的操作
5、掌握X光电子能谱谱图的识别与解析能力
操作方法：
一、开机
1、开总电源ON
2、开设备电源ON
3、开冷却循环水的电源开关ON
4、设备控制柜电源开关ON
5、开计算机电源，进入设备控制程序
6、将机械泵和分子泵开启，气压降至8E-8 mbar
7、开启进样仓仓门，放入测试样品，抽气至真空度低于E-6 mbar
8、开启准备仓仓门，将进样仓的样品通过转样台送入准备仓
9、关闭准备仓仓门，随后打开分析仓仓门，将样品推入分析仓，关闭分析仓门
10、开启X射线枪，中和枪等相关测试枪进行测试
二、关机
1、关闭X射线枪、中和枪电源
2、开启分析仓仓门，将样品移至准备仓，并关闭分析仓仓门
3、转移样品至送样台，并开启准备仓仓门，将样品拉回进样仓
4、关闭准备仓仓门，开启进样仓仓门，取出样品，同时抽真空
5、利用电脑控制系统，关闭分子泵，手动关闭机械泵
6、关闭冷却循环水电源OFF
7、关闭控制电源柜电源
8、关闭总电源OFF
主要原理：
X-射线光电子能谱仪，是一种表面分析技术，主要用来表征材料表面元素及其化学状态。其基本原理是使用X-射线，如Al Ka=1486.6eV，与样品表面相互作用，利用光电效应，激发样品表面发射光电子，利用能量分析器，测量光电子动能(K.E)，根据B.E=hv-K.E-W.F，进而得到激发电子的结合能（B.E)。
有原理公式：E K=hν-E b-Φsp
（E b：电子结合能；Φsp：谱仪的功函数，一般为常数；E K：电子动能，可实验测得；hν：X射线能量，已知）
可见，当入射X射线能量一定，测出功函数和电子的动能，即可求出电子的结合能。由于每种元素的电子结构是独特的，计算出Eb就可以判定元素的类型。由于只有表面处的光电子才能从固体中逸出，因而测得的电子结合能必然反应了表面化学成份的情况。
主要用途：
固体样品的表面组成分析，化学状态分析，取样讯息深度为～10nm以内。功能包括：
1、表面定性与定量分析. 可得到小於10um空间分辨率的X射线光电子能谱的全谱资讯。
2、维持10um以下的空间分辨率元素成分包括化学态的深度分析（角分辨方式,氩离子或团簇离子刻蚀方式）。
3、线扫瞄或面扫瞄以得到线或面上的元素或化学态分布。
4.、成像功能。
5、可进行样品的原位处理AES：1）可进行样品表面的微区选点分析（包括点分析，线分析和面分析）；2）可进行深度分析适合：纳米薄膜材料，微电子材料，催化剂，摩擦化学，高分子材料的表面和界面研究。
主要研究领域包括：
1、TiO2纳米光催化以及在空气和水净化方面的应用；
2、汽车尾气净化催化剂新型金属载体的研究；
3、纳米药物载体及靶向药物的研究；
4、纳米导电陶瓷薄膜材料的研究；
5、纳米杂化超硬薄膜材料及摩擦化学的研究；
6、纳米发光材料及纳米分析化学研究；
7、有机电致发光材料的表面化学研究；
8、纳米材料在香烟减毒净化上的应用研究；
9、无机纳米杀菌与抗菌材料及其在饮用水净化上的作用；
10、电解水制氧电极材料的研究
实验二 X射线衍射仪的工作原理及基本操作
实验地点：材料楼204
实验仪器：D/max-Rb X射线衍射仪
实验目的：
1、了解D/max-Rb X射线衍射仪的构造和工作原理
2、掌握实验样品的制备和衍射仪实验参数的选择方法
3、熟悉X射线衍射仪的操作
4、掌握金属、非金属材料的X射线物相定性分析方法和步骤
操作方法：
一、开机
1、开墙上电源开关
2、开循环水
3、点击Light on按钮，打开设备内灯
4、按击Power on按钮，打开XRD电源，等待设备显示是0kV，0mA
5、顺时针旋转HT（高压）钥匙，自动加载到30kV，10mA
6、开电脑，电脑用户名user-1，密码galaxy
7、打开软件Data Collector，点击Instrument→Connect
8、Measure→Programme→turn on→OK，自动加载到40kV，40mA，准备完成待测试
二、关机
1、measure→programme→turn off→OK（电压15kV，电流5mA）
2、instrument→disconnect
3、关程序data collector，关电脑
4、逆时针旋转HT（高压）钥匙
5、按击stand by按钮，关闭电源
6、点击light off按钮，关闭设备内灯
7、关循环水
8、关墙上主电源开关
原理：
x射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近，晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即一束X射线照射到物体上时，受到物体中原子的散射，每个原子都产生散射波，这些波互相干涉，结果就产生衍射。衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析衍射结果，便可获得晶体结构。
对于晶体材料，当待测晶体与入射束呈不同角度时，那些满足布拉格衍射的晶面就会被检测出来，体现在XRD图谱上就是具有不同的衍射强度的衍射峰。对于非晶体材料，由于其结构不存在晶体结构中原子排列的长程有序，只是在几个原子范围内存在着短程有序，故非晶体材料的XRD图谱为一些漫散射馒头峰。
X射线衍射仪是利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构，织构及应力，精确的进行物相分析，定性分析，定量分析。广泛应用于冶金，石油，化工，科研，航空航天，材料生产等领域。
主要部件：
1、高稳定度X射线源：提供测量所需的X射线, 改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长, 调节阳极电压可控制X射线源的强度。
2、样品及样品位置取向的调整机构系统：样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。
3、射线检测器：检测衍射强度或同时检测衍射方向, 通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。
4、衍射图的处理分析系统：现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统, 它们的特点是自动化和智能化。
样品要求：
1、金属样品如块状、板状、圆拄状要求磨成一个平面，面积不小于10X10毫米，如果面积太小可以用几块粘贴一起。
2、对于片状、圆拄状样品会存在严重的择优取向，衍射强度异常。因此要求测试时合理选择响应的方向平面。
3、对于测量金属样品的微观应力（晶格畸变），测量残余奥氏体，要求样品不能简单粗磨，要求制备成金相样品，并进行普通抛光或电解抛光，消除表面应变层。
4、粉末样品要求磨成320目的粒度，约40微米。粒度粗大衍射强度低，峰形不好，分辨率低。要了解样品的物理化学性质，如是否易燃，易潮解，易腐蚀、有毒、易挥发。
5、粉末样品要求在3克左右，如果太少也需5毫克。
6、样品可以是金属、非金属、有机、无机材料粉末。
主要用途：
微量物相定性定量分析、点阵参数测定、晶粒尺寸与结晶状态测定等。
实验三热分析仪的工作原理及基本操作
实验地点：材料楼520A
实验仪器：TAG/SDTA 851e热分析仪
实验目的：
1、学习热差-热重分析仪的结构和工作原理
2、了解热分析方法在材料科学中的应用
3、了解热分析样品的要求和样品的制备方法
4、熟悉热分析仪的操作方法
5、学习热分析仪数据的处理和解析方法
6、了解热分析仪使用中的注意事项
操作方法：
1、打开仪器开关、恒温水浴、保护气瓶及计算机，待仪器校正平衡
2、调整保护气及反应气体输出压力分别为20和40ml/min，并待其稳定。如做静态空气条件下的测试，需将气体流量表中反应气的输出压力调为0
3、检查并保证测试样品及其分解物不挥发且不与测量坩埚、样品支架、热电偶发生反应，以及测试用坩埚与仪器设置中所选用的坩埚类型相同
4、进入测试运行程序，在计算机上进行温度控制编程，将坩埚轻置支架托盘上，待稳定后清零，仪器开始测量基线，测试完毕清零并取出坩埚放入样品，天平稳定后在程序中记录样品质量，仪器开始测量样品曲线
5、测试完毕，打开程序评价窗口分析曲线并保存。待炉温降至室温打开炉体，更换样品或取出样品、关闭气体、恒温水浴及仪器开关，在程序窗口点exit推出后关闭计算机
热分析的主要优点：
1、可在宽广的温度范围内对样品进行研究；
2、可使用各种温度程序（不同的升降温速率）；
3、对样品的物理状态无特殊要求；
4、所需样品量可以很少（0.1 g-10mg）；
5、仪器灵敏度高（质量变化的精确度达10-5）；
6、可与其他技术联用；
7、可获取多种信息。
实验的注意事项：
1、坩埚的选择
根据样品的成分、类别等确定其是否与坩埚反应
2、实验现象的初步预测
判断实验是否有相变、反应的剧烈程度、是否有气体放出、挥发等
3、加热速度选择
根据相变或是反应的快慢选择
4、气氛的选择
禁忌使用易挥发物质
应用领域与测试范围：
广泛应用于塑料、橡胶、涂料、食品、医药、生物有机体、无机材料、金属材料与复合材料等领域。
测量与研究材料的如下特性：
熔融与结晶过程玻璃化转变
相容性
热稳定性
结晶度
比热
固化
纯度氧化稳定性／氧化诱导期O.I.T. 多晶形
反应热
特征温度
相转变
液晶转变
反应动力学
材料鉴别
实验四电子背散射衍射技术的数据采集及分析实验地点：科学园B1栋SEM1
实验仪器：Quanta 200F环境扫描电镜
实验目的：
1、学习电子背散射衍射技术的原理
2、学习电子背散射衍射花样的采集和标定
3、学习电子背散射衍射技术的数据处理和分析方法
主要性能指标：
加速电压：200V~30kV
二次电子像分辨率：
高真空模式1.2nm（30kV），3.0nm（1kV）
低真空模式1.5nm（30kV），3.0nm（1kV）
环境真空模式（ESEM）1.5nm（30kV）
背散射电子像分辨率2.5nm（30kV）
放大倍率：12X—1,000,000X
主要附件：
EDS与EBSD一体化分析系统
EDS分析元素范围：B—U
EDS能量分辨率：128eV
EBSD花样指标化速率：≥150点（花样）/秒
工作原理：
在扫描电子显微镜（SEM）中，入射于样品上的电子束与样品作用产生几种不同效应，其中之一就是在每一个晶体或晶粒内规则排列的晶格面上产生衍射。从所有原子面上产生的衍射组成“衍射花样”，这可被看成是一张晶体中原子面间的角度关系图。衍射花样包含晶系（立方、六方等）对称性的信息，而且，晶面和晶带轴间的夹角与晶系种类和晶体的晶格参数相对应，这些数据可用于EBSD相鉴定。对于已知相，则花样的取向与晶体的取向直接对应。
EBSD系统中自动花样分析技术的发展，加上显微镜电子束和样品台的自动控制使得试样表面的线或面扫描能够迅速自动地完成，从采集到的数据可绘制取向成像图OIM、极图和反极图，还可计算取向（差）分布函数，这样在很短的时间内就能获得关于样品的大量的晶体学信息，如：织构和取向差分析；晶粒尺寸及形状分布分析；晶界、亚晶及孪晶界性质分析；应变和再结晶的分析；相签定及相比计算等，EBSD对很多材料都有多方面的应用也就是源于EBSP所包含的这些信息。
特色及用途：
该环境扫描电镜采用肖特基场发射电子枪，具有束流密度高、束流稳定和分辨率高的特点。该设备有高真空（<6×10-4Pa）、低真空（10—130Pa）和环境真空（10—4000Pa）等3种工作模式，除了可用于导电样品分析外，还适用于其他样品（非导电、表面含水、污染样品）的观察和分析。附件EDS与EBSD一体化分析系统可用于微区成分的定性、定量分析及晶体取向和微观织构分析等。
应用领域：
广泛应用于材料科学、纳米技术、生物医学、物理、化学、地质、机械加工、微电路质量检验、失效分析等领域。
实验五高温润湿
实验地点：材料楼320
实验仪器：V AF-30高温接触角测量仪
实验目的：
1、学习润湿角测量仪的结构和工作原理
2、了解润湿角测量在材料科学中的应用
3、了解润湿角测量样品的要求和样品制备方法
4、熟悉润湿角测量仪的操作方法
5、学习润湿角测量数据的处理和解析方法
6、了解润湿角测量仪使用中的注意事项
操作方法：
1、打开计算机、开启真空加热炉，接通配置在炉体上的接触角测量装置的电源，将CCD USB连接线连接在计算机与接触角测量装置上的CCD摄像头处。
2、点击jc2000-usb.exe 启动接触角测量仪应用程序。
3、然后将液滴滴入陶瓷片的表面，然后放入真空炉内的测试平台上，关闭炉门，调节接触角测量仪移动平台及CCD摄像头调焦系统，同时观察显示器直到图像清晰。
4、图像保存，如果只采一帧图，按冻结图像，在文件菜单中中选“保存图片”选项存储图像，会有提示选择储存的文件名和所在的文件夹。如果要连续采样，使用“设置”中的选项来设定总帧数和间隔时间。
5、图像分析
常用的测定接触角的方法如下：
(1)量角法
按量角法按钮，进入量角法主界面，按开始键，打开文件夹，选中需要计算的图形文件。开始：调用保存图片；量角器：显示测量尺角度，其精度：选择0.05与0.25两个精度之一；量取角度：显示测量尺。接触角：显示接触角角度。
其中，W：测量尺向上，S：测量尺向下，A：测量尺向右，D：测量尺向左，<：测量尺左旋，>：测量尺右旋
量取角度显示测量尺，显示测量尺角度为45度，然后使测量尺与液滴边缘相切。然后下移测量尺到液滴顶端，再将旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。另外，也可以使测量尺与液滴右端相交，求出接触角，最后求两者的平均值。
注：当测量尺与液滴右端相交时，用180°减去所见的数值方为正确的接触角数据。
(2)量高法
量高法主界面即应用程序主界面，按文件菜单，选择打开图片选项，选取图象文件，然后用鼠标左键点击液滴的左、右两端和液滴的顶端，如果点击错误，可以点击鼠标右键，取消选定。量角器角度为θ，接触角为2×(90-θ)
(3) 拟合分析法
用于测量斜面上的接触角。首先打开图片，用鼠标点击平面处两点画出基准线，即液滴与固体交界处，再根据测量前进角或后退角，点击液滴一侧的底部，中部，和顶部（因为为手动点取，尽量靠近即可，软件会自动标出）。即图片液滴右侧的红十字。软件自动拟合圆，算出接触角。图中的蓝点和绿点为软件计算出的顶部和底部。
实验过程：
在拍摄液滴的静态图像后，先后采用了量高法、拟合分析法和量角法三种测量方法。
首先是量高法：
在冻结图像后，分别在液滴影像的下平面两侧两点处各点击一次，再在液滴最高点处点击一次，在这三点点击后可以看到，接触角的数据框中显示出接触角为61.15°。
再使用拟合分析法：
点击拟合分析法按钮后，打开之前保存的静态图像文件，依次在液滴的轮廓边缘点击五次，系统将自动拟合出一条沿着液滴轮廓的曲线，如果曲线拟合的不够理想，可以重新绘制，当曲线较为理想时，可以看到接触角度数据框中的数据
即为所需的数据，为62.72°。
最后采用量角法：
量角法的操作相对来说较为复杂，准确性也相对较低。
在点击量角法按钮后，通过W、A、S、D按键将标尺的下部两条线分别与液滴的两侧重合，再按S键将标尺的中点与液滴上部重合，再分别旋转标尺，使其分别与液滴左右两端重合，可得两个接触角值，再取平均值。图中的接触角度值为61.5°。
实验六 透射电子选区电子衍射分析技术
实验地点：科学园B1栋TEM 实验仪器：Tecnai G2 F30透射电镜
实验目的：
1、学习透射电镜选区电子衍射原理
2、学习透射电镜选区衍射的特点
3、学习透射电镜选区衍射花样的分析和应用 仪器主要性能指标： 主机：
点分辨率：0.205nm 信息分辨率：0.14nm 线分辨率：0.102nm
加速电压：300kV （最高）；≤50kV （最低）
附件：
CCD 数字成像系统：像素：2048×2048
高角环形暗场探测器（HAADF ）：STEM 模式分辨率：0.17nm X 射线能谱仪（EDS ）：能量分辨率：136eV ；分析元素范围：B —U 电子能量损失谱仪（EELS ）：能量分辨率：0.7eV ；分析元素范围：H —U TEM 系统组成：
电子枪：发射电子，由阴极、栅极、阳极组成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成射线束，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速、加压的作用。
聚光镜：将电子束聚集，可用已控制照明强度和孔径角。
样品室：放置待观察的样品，并装有倾转台，用以改变试样的角度，还有装配加热、冷却等设备。
物镜：为放大率很高的短距透镜，作用是放大电子像。物镜是决定透射电子显微镜分辨能力和成像质量的关键。
中间镜：为可变倍的弱透镜，作用是对电子像进行二次放大。通过调节中间镜的电流，可选择物体的像或电子衍射图来进行放大。
透射镜：为高倍的强透镜，用来放大中间像后在荧光屏上成像。
此外还有二级真空泵来对样品室抽真空、照相装置用以记录影像。
结构原理：
透射电镜的总体工作原理是：由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多；经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。本节将分别对各系统中的主要结构和原理予以介绍。
特色及用途：
该仪器具有衍衬成像、高分辨成像、Z衬度成像、能量过滤成像、电子衍射、能谱分析和电子能量损失谱分析等多种功能，属于分析型透射电子显微镜，可实现材料微观组织形貌、晶体结构和微区成分的同位分析。可分析样品类型包括金属材料、金属基复合材料和陶瓷及陶瓷基复合材料的薄膜样品，以及各种形状的纳米材料等。
应用领域：
广泛应用于材料科学、物理、化学、地质等诸多研究领域。
结构动力学 论文
《结构动力学》 课程论文
结构动力学在道路桥梁方面的应用 摘要：随着大跨径桥梁结构在工程中的应用日趋广泛，施工控制问题也越来越受重视。结构动力学在各方面都有极为重要的作用，其特性也被广泛应用于桥梁结构技术状态评估中。结构动力学在道路桥梁方面应用十分广泛，比如有限元模型、模态挠度法、桥梁结构（强度、稳定性等）、状态评估、结构模态、结构自由衰减响应及其在结构阻尼识别中的应用、结构无阻尼固有频率与有阻尼固有频率的关系及其应用等，尤其是结合桥梁的检测、桥梁荷载试验与状态评价。本文就其部分内容进行介绍。 关键词：结构动力学道路桥梁应用 如今，科学技术越发先进，结构动力特性越来越广泛地应用于桥梁结构抗震设计、桥梁结构故障诊断和桥梁结构健康状态监测等工程技术领域,由此应用而涉及到的一些动力学基本概念理解的问题应运而生。对于此类知识，我了解的甚少，上课期间，老师虽有讲过这相关内容，但无奈我学到的只是皮毛。我记忆最深的是老师给我们放的相关视频，有汶川地震的，有桥梁施工过程的，还有很多因强度或是稳定性收到破坏而倒塌的桥梁照片。老师还告诉了我们修建建筑物的原则：需做到小震不坏，中震可修，大震不倒。还有强剪弱弯，强柱弱梁，强结点强锚固。桥梁在静止不受外力扰动时是不会破坏的，大多时候在静止的荷载作用下也不会发生破坏，但当桥梁受到动力荷载时就很容易发生破坏了，所以我们在修建桥梁是必须事先计算好最佳强度等等需要考虑的量。下面简单介绍一下结构固有频率及其应用和弹性模量动态测试。 1.结构固有频率及其应用 随着对结构动力特性的深入研究,其被越来越广泛地应用于结构有限元模型修正、结构损伤识别、结构健康状态监测等研究领域.一般情况下,由于结构阻尼较小,因此在结构动力特性的计算分析中,往往不计及结构阻尼以得到结构的振型和无阻尼的固有频率fnj(j=1,2,∧∧);而在结构的动态特性的试验中,识别的却是结构有阻尼的固有频率fdj.理论上有[1,2]fdj 材料相变原理 复习题 第一章： 1说明成分、相、结构和组织四个概念的含义，并讨论45#钢室温平衡状态下的成分、相、结构和组织。 2 试述金属固态相变的主要特征。 3 哪些基本变化可以被称为固态相变？ 4 简述固态相变过程中界面应变能产生的原因。 5 简述固态相变形成新相的形状与界面能和界面应变能的关系， 6 扩散型相变和无扩散型相变各有哪些主要特点？ 第二章： 1 试述钢中奥氏体和铁素体的晶体结构、碳原子可能存在的部位以及碳原子在奥氏体和铁素体中的最大理论含量和实际含量。 2 以共析钢为例说明奥氏体的形成过程，并说明为什么在铁素体消失的瞬间还有部分渗碳体未溶解。 3 试述影响奥氏体晶粒长大的因素。 4 解释下列概念： 惯习面，非均匀形核，奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度，钢在加热时的过热现象，钢的组织遗传和断口遗传。 第三章： 1 试述影响珠光体转变动力学的因素。 2 试述钢中相间沉淀长生条件和机理。 3 概念解释：伪共析组织，魏氏组织，“派敦”处理。 第四章： 1 试述马氏体的晶体结构及其长生原因。 2 简述马氏体异常正方度的长生原因。 3 试述马氏体转变的主要特点。 4 试述钢中板条状马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。 5 Ms点的定义和物理意义。 6 试述影响Ms点的主要因素。 7 试述引起马氏体高强度的原因。 8 概念解释：奥氏体的热稳定化，奥氏体的机械稳定化，马氏体的逆转变，伪弹性，相变冷作硬化，形状记忆效应。 第五章： 1 试述贝氏体转变的基本特征。 2试述钢中上贝氏体和下贝氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。 3 试述影响贝氏体性能的基本因素。 4 试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。 第七章： 1 什么是回火？回火的目的是什么？ 2 试述淬火钢回火转变的基本过程。 《结构动力学》读书报告 学院 专业 学号 指导老师 2013 年 5月 28日 摘要：本书在介绍基本概念和基础理论的同时，也介绍了结构动力学领域的若干前沿研究课题。既注重读者对基本知识的掌握，也注重读者对结构振动领域研究发展方向的掌握。主要容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构动力学的前沿研究课题。侧重介绍单自由度体系和多自由度体系，重点突出，同时也着重介绍了在抗震中的应用。 1 概述 1.1结构动力学的发展及其研究容： 结构动力学，作为一门课程也可称作振动力学，广泛地应用于工程领域的各个学科，诸如航天工程，航空工程，机械工程，能源工程，动力工程，交通工程，土木工程，工程力学等等。作为固体力学的一门主要分支学科，结构动力学起源于经典牛顿力学，就是牛顿质点力学。质点力学的基本问题是用牛顿第二定律来建立公式的。牛顿质点力学，拉格朗日力学和哈密尔顿力学是结构动力学基本理论体系组成的三大支柱。 经典动力学的理论体系早在19世纪中叶就已建立，。但和弹性力学类似，理论体系虽早已建立，但由于数学求解上的异常困难，能够用来解析求解的实际问题实在是少之又少，能够通过手算完成的也不过仅仅限于几个自由度的结构动力体系。因此，在很长一段时间，动力学的求解思想在工程实际中并未得到很好的应用，人们依然习惯于在静力学的畴用静力学的方法来解决工程实际问题。 随着汽车，飞机等新时代交通工具的出现，后工业革命时代各种大型机械的创造发明，以及越来越多的摩天大楼的拔地而起，工程界日新月异的发展和变化对工程师们提出了越来越高的要求，传统的只考虑静力荷载的设计理念和设计方法显然已经跟不上时代的要求了。也正是从这个时候起，结构动力学作为一门学科，也开始受到工程界越来越高的重视，从而带动了结构动力学的快速发展。 结构动力学这门学科在过去几十年来所经历的深刻变革，其主要原因也正是由于电子计算机的问世使得大型结构动力体系数值解的得到成为可能。由于电子计算机的超快速度的计算能力，使得在过去凭借手工根本无法求解的问题得到了解决。目前，由于广泛地应用了快速傅立叶变换（FFT），促使结构动力学分析发生了更加深刻地变化，而且使得结构动力学分析与结构动力试验之间的相互关系也开始得以沟通。总之，计算机革命带来了结构动力学求解方法的本质改变。 作为一门课程，结构动力学的基本体系和容主要包括以下几个部分：单自由度系统结构动力学，；多自由度系统结构动力学，；连续系统结构动力学。此外，如果系统上所施加的动力荷载是确定性的，该系统就称为确定性结构动力系统；而如果系统上所施加的动力荷载是非确定性的，该系统就称为概率性结构动力系统。 1.2主要理论分析 结构的质量是一连续的空间函数，因此结构的运动方程是一个含有空间坐标和时间的偏微分方程，只是对某些简单结构，这些方程才有可能直接求解。对于绝大多数实际结构，在工程分析中主要采用数值方法。作法是先把结构离散化成为一个具有有限自由度的数学模 2015 年秋季学期研究生课程考核 （研究报告） 考核科目:材料相变与相结构分析实践学生所在院（系）:材料科学与工程学院 学生所在学科:材料工程（锻压） 学生姓名: 学号:15S 学生类别:应用型 考核结果阅卷人 实验一 X射线光电子能谱仪的工作原理及基本操作 实验地点：新教学楼（格物楼）108 实验仪器：Thermo 250 Xi X射线光电子能谱仪 实验目的： 1、学习X光电子能谱仪的结构和分析原理 2、学习定性分析元素的方法 3、学习定量分析成分的方法 4、熟悉X光电子能谱仪的操作 5、掌握X光电子能谱谱图的识别与解析能力 操作方法： 一、开机 1、开总电源ON 2、开设备电源ON 3、开冷却循环水的电源开关ON 4、设备控制柜电源开关ON 5、开计算机电源，进入设备控制程序 6、将机械泵和分子泵开启，气压降至8E-8 mbar 7、开启进样仓仓门，放入测试样品，抽气至真空度低于E-6 mbar 8、开启准备仓仓门，将进样仓的样品通过转样台送入准备仓 9、关闭准备仓仓门，随后打开分析仓仓门，将样品推入分析仓，关闭分析仓门 10、开启X射线枪，中和枪等相关测试枪进行测试 二、关机 1、关闭X射线枪、中和枪电源 2、开启分析仓仓门，将样品移至准备仓，并关闭分析仓仓门 3、转移样品至送样台，并开启准备仓仓门，将样品拉回进样仓 4、关闭准备仓仓门，开启进样仓仓门，取出样品，同时抽真空 5、利用电脑控制系统，关闭分子泵，手动关闭机械泵 6、关闭冷却循环水电源OFF 7、关闭控制电源柜电源 8、关闭总电源OFF 主要原理： X-射线光电子能谱仪，是一种表面分析技术，主要用来表征材料表面元素及其化学状态。其基本原理是使用X-射线，如Al Ka=1486.6eV，与样品表面相互作用，利用光电效应，激发样品表面发射光电子，利用能量分析器，测量光电子动能(K.E)，根据B.E=hv-K.E-W.F，进而得到激发电子的结合能（B.E)。 有原理公式：E K=hν-E b-Φsp （E b：电子结合能；Φsp：谱仪的功函数，一般为常数；E K：电子动能，可实验测得；hν：X射线能量，已知） 结构动力检测研究概述 读书报告 结构动力检测研究概述 一.引言 土木工程事故的发生，造成了人员伤亡和财产损失，必然引起人们对土木工程安全性的关心和重视。评估已有建筑物或桥梁等结构在灾害性事件(如：地震、台风、爆炸等)后的健康情况，采用常规检测方法进行检测是费时的。因为主要的结构构件或节点一般都在外覆盖物或者建筑装饰物的下面。为迅速营救生命、拯救财产，立即对它们的健康情况做出评估是很有必要的。例如，1994年1月17日，美国加州Northridge大地震，一些建筑物在主震后并未倒塌，但是结构的损伤没有及时发现并进行处理，在后来的一次余震作用下结构发生了倒塌。1995年日本神户大地震和1999年台湾台中大地震也有类似的情况发生[1]。 人们在基于振动的结构健康监测方面进行了一系列的研究。20世纪70年代和80年代初，石油工业投人大量的人力和物力开发海洋平台健康监测系统；20世纪70年代后期，美国航天航空部门开展了有关航天飞机动力健康监测的研究；1987年以来，美国所有的人造卫星都配置了航天模型的健康监测系统，美国国家航空和宇航局要求所有的发射设备安置结构健康监测系统[2]。20世纪80年代初，土木工程部门开展了桥梁健康监测系统的研究。在连接香港新机场的青马大桥上安装了600多个传感器[3]。期间，虽然得出了一些较为成功的健康监测技术，但是如何从测量的信息来解释结构的健康状态和损伤情况，至今还没有完善的理论体系，基于振动的结构健康监测仍然是一个挑战。 综观结构损伤检测的研究历史，从损伤的定义来划分，大体上可以划分为单元刚度整体下降的损伤检测法和单元之间连接刚度下降的损伤检测法。对于前者，结构的损伤程度可由单元刚度折减系数来表示[4]；对于后者，损伤程度可以由单元之间连接部分(连接单元)刚度的减小来表示，如钢结构梁柱连接部位螺栓的破坏、混凝土与钢筋之间粘结的破坏都属于连接单元失效问题。前者把损伤简单地假定为结构某些单元刚度减小，在此基础上开展的损伤检测研究已经很多了；后一种损伤定义更加接近结构的实际破坏形式，但目前开展的研究工作尚不多。 结构损伤检测从研究对象来看，研究的结构形式是由简单到复杂的一个过程：由简支梁开始到平面框架结构，再到桁架结构和空间结构，如海洋石油井架等。 从研究方法上来划分，可以划分为基于力学理论的损伤检测方法，基于神经网络的损伤检测方法，基于小波分析的损伤检测方法和基于模糊逻辑(fuzzy logic)的损伤检测方法等。基于力学理论的方法可以划分为基于静力学理论和基于动力学理论的方法。基于动力学理论的方法又可以划分为：线弹性理论的损伤检测方法和非线性理论的损伤检测方法。线弹性理论的方法又可以分为：基于模态理论的损伤检测和基于波动理论的损伤检测方法。基于非线性力学理论损伤检测方面的研究文献尚不多见[5]。 二.开展工程结构动力检测的意义 开展工程结构动力检测有如下重大意义：(1)传统的检测手段(如目测和静力检测)和无损检测技术(如超声波)均是结构局部损伤的检测方法，这些方法要求事先知道结构破损的大致位置，所以只能检测到结构表面或附近的损伤。如果是大体量结构，则不仅工作量巨大，而且难以预测结构性能的整体变化。基于结构振动的损伤识别可应用于复杂结构的定量的整体检测，能够有效克服静态检测方法中存在的应用条件限制和工作效率相对较低的缺点。(2)在土木工程实践中，设计、施工存在失误或正常使用中超载、环境腐蚀均可对结构造成不同程度的损伤，利用结构的健康检测技术，不仅可及时发现这些损伤的具体部位，甚至检测到无法接近的或隐蔽的损伤部位，为制定技术、经济水平均较高的加固方案提供充分的技术支持。(3)将结构的健康检测技术应用于结构在线监测，可发现早期的结构损伤，以便及时对结构进行维修，从而排除隐患。结构动力检测方法可不受结构规模和隐蔽的限制，只要在可 《结构动力学》 读书报告 结构动力学读书报告 学习完本门课程和结合自身所学专业，我对本门课程内容的理解和在各方面的应用总结如下： 1. （1）结构动力学及其研究内容： 结构动力学是研究结构系统在动力荷载作用下的振动特性的一门科学技术，它是振动力学的理论和方法在一些复杂工程问题中的综合应用和发展，是以改善结构系统在动力环境中的安全和可靠性为目的的。本书的主要内容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构抗震计算及结构动力学的前沿研究课题。 （2）主要理论分析 结构的质量是一连续的空间函数，因此结构的运动方程是一个含有空间坐标和时间的偏微分方程，只是对某些简单结构，这些方程才有可能直接求解。对于绝大多数实际结构，在工程分析中主要采用数值方法。作法是先把结构离散化成为一个具有有限自由度的数学模型，在确定载荷后，导出模型的运动方程，然后选用合适的方法求解。 （3）数学模型 将结构离散化的方法主要有以下三种：①集聚质量法：把结构的分布质量集聚于一系列离散的质点或块，而把结构本身看作是仅具有弹性性能的无质量系统。由于仅是这些质点或块才产生惯性力，故离散系统的运动方程只以这些质点的位移或块的位移和转动作为自由 度。对于大部分质量集中在若干离散点上的结构，这种方法特别有效。 ②广义位移法：假定结构在振动时的位形（偏离平衡位置的位移形态）可用一系列事先规定的容许位移函数fi （它们必须满足支承处的约束条件以及结构内部位移的连续性条件）之和来表示，例如，对于一维结构，它的位形u（x）可以近似地表为： @7710 二送 结构动力学 （1）式中的qj称为广义坐标，它表示相应位移函数的幅值。这样，离散系统的运动方程就以广义坐标作为自由度。对于质量分布比较均匀，形状规则且边界条件易于处理的结构，这种方法很有效。 ③有限元法：可以看作是分区的瑞利-里兹法，其要点是先把结构划 分成适当数量的区域（称为单元），然后对每一单元施行瑞利-里兹法。通常取单元边界上（有时也包括单元内部）若干个几何特征点（例如三角形的顶点、边中点等）处的广义位移qj作为广义坐标，并对每个广义坐标取相应的插值函数作为单元内部的位移函数（或称形状函数）。在这样的数学模型中，要求形状函数的组合在相邻单元的公共边界上满足位移连续条件。一般地说，有限元法是最灵活有效的离散化方法，它提供了既方便又可靠的理想化模型，并特别适合于用电子计算机进行分析，是目前最为流行的方法，已有不少专用的或通用的程序可供结构动力学分析之用。 （4）运动方程 《材料结构与性能》 课程论文 题目：聚氨酯弹性相变材料研究进展 学号：xxx 姓名：xx 学院：材料科学与工程学院 专业：化学 聚氨酯弹性相变材料研究进展 摘要：综述了相变储热材料的研究进展及应用，简要介绍了相变材料的分类以及各类相变材料的特性。综述了聚氨酯弹性相变材料的结晶原理及研究现状，包括材料的合成，软、硬段种类及含量对结晶性能的影响；介绍了影响相变材料结晶、储热、形状稳定性和导热等性能的因素，论述了对其各性能的改性方法。 关键词：聚氨酯；相变材料；储热；弹性 Progress of Polyurethane Elastic Phase Change Materials Ze Ding ( Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China) Abstract: This paper introduces research progress and application of phase change materials. The classification of phase change materials and the characteristics of phase change materials are introduced. The crystallization principle and research status of polyurethane elastic phase change materials are reviewed, including the synthesis of materials, the types and contents of soft and hard segments, and the influence on crystallization properties.The factors that influence the properties of phase change materials such as crystallization, heat storage, shape stability and thermal conductivity are introduced. Key words: polyurethane; phase change material; heat storage; elasticity 0 引言 随着人类社会经济的不断发展及能源的大量消耗，节能环保已成为全球关注的话题，新能源的开发利用以及提高能源利用效率已经成为各国研究开发的重点。利用储热材料实现能量供应与需求的平衡，能有效提高能源利用效率，达到节能环保的目的，在能源、航天、建筑、农业、化工等诸多领域具有广阔的应用前景，已成为世界范围内研究的热点。 材料储热的本质是将一定形式的能量在特定的条件下储存起来，并在特定的条件下加以释放和利用。热能存储有3种形式：显热储热、潜热储热和化学反应储热。显热储热是利用材料自身的温度变化来存储和释放热能，而不发生任何其它的变化[1]，这种储热方式简单，成本低，在工作过程中温度会随储存或释放的能量大小发生持续性变化。潜热储存是利用储热材料在发生相变时吸收或放出热量来储热与放热[2]，也称为相变储热。化学反应储热是利用储热材料相接触时发 计算结构力学读书报告 XX1 （XX大学） 摘要：本文主要叙述了在阅读与学习《计算结构力学》这本书的一些相关的心得体会；在学习由原作者所创立的样条有限点法的过程中，收获了一些新的理解与体验。 关键词：计算结构力学；样条有限点法；读书报告 Computational Structural Mechanics Reading Report （XX） Abstract: This article mainly describes some of the relevant experiences in reading and learning the book “Computational Structural Mechanics”. In the process of learning the spline point method established by the original author, some new understandings and experiences were learned. Keywords: computational structural mechanics; spline finite point method; reading report 引言 工程中的许多问题，从本质上来说都可以归结到力学问题。而这些力学问题，如果按照传统的解析求解方式，往往只能求解一些较为简单和理想化的力学问题，同时又需要专业的力学家花费大量的时间和精力推导公式，并将之记录在教科书中。而近代以来，又有许多力学数学界的专家共同努力，创造出了用于解决力学分析问题的有限单元法，随着电子计算机的发展，利用有限单元法，借助电算方式，求解工程中的力学问题已成为一种趋势。 工程中的力学问题，从本质上说是非线性的，线性假设只是实际问题的一种简化。如果工程中的结构按照线性理论设计，不仅会浪费，而且还会造成灾难。在结构工程设计中，如果考虑弹塑性问题，则可以挖掘材料潜力，提高工程结构承受能力，节约材料，正确估计工程安全度，使工程经济合理及安全可靠；如果按照线弹性理论设计，则会显得过于保守。由此可知，在各种工程设计中，只假设它为线性问题是不够的，必须进一步考虑非线性问题才能保证工程既经济合理又安全可靠。近几年来，在现代化建设中，人们面临着越来越多的非线性力学问题，结构非线性分析已成为工程设计不可缺少的一个工作。因此，结构非线性力学已成为工程设计不可缺少的一个重要学科。 1基本概念 1.1材料特性 在结构工程中，所使用的材料有很多，广泛使用的材料有钢材、混凝土、岩土以及各种砖石。 在单向拉伸状态中，材料由初始弹性状态进入塑性状态的界限是屈服极限。这被称为单向拉伸状态的屈服条件，也称初始屈服条件，它的表达式为：f(σ)=σ?σs=0。 式中，σ和σs分别为应力和屈服极限，f(σ)为屈服函数。如果σ<σs，则f(σ)<0，这时试件处于弹性状态；如果σ>σs，则f(σ)>0，这时试件进入塑性状态。 经过屈服阶段后，材料又恢复抵抗变形的能力，必须增加荷载才能产生变形，这种现象称为材料强化，也称硬化。 1.2应力与应变状态 物体的任意一点的应力状态可由九个应力分量来描述，而且这些分量构成一个二阶对称张量： 相变研究以及相变温度的确定方法 材料科学与工程1121900133 缪克松 关键词：相变研究是材料科学与工程中重要的一门研究，温度、压力等因素会诱发材料的相变，相变前后材料的微观结构的差异将使材料在物理性质、化学性质等方面发生较 大程度的改变，从而决定了材料的应用范围。温度作为材料在制备、加工、应用中 常常面对的环境变量，对于相变的影响最为直观可控，本文就确定材料的相变温度 介绍了几种方法。 关键词：相变温度；膨胀法；差示扫描量热法；X射线法；声发射法；电阻法 1相变概述 从广义上讲，构成物质的原子或分子的聚合状态、相状态发生变化的过程均称为相变。[1]例如液相到固相的凝固过程、液相到气相的蒸发过程等。相变前的相状态称为旧相或者母相，相变后的相状态成为新相。固态相变发生后，新相与母相之间必然存在某些差别。这些差别或者表现在晶体结构上（同素异构转变），或者表现在化学成分上（调幅分解），或者表现在表面能上（粉末烧结），或者表现在应变能上（形变再结晶），或者表现在界面能上（晶粒长大），或者几种差别兼而有之（过饱和固溶体脱溶沉淀）。 相变的发生往往收到外界环境的激发，温度是最直观也最容易控制的参数，通过对材料在不同温度下几种不同类型的相变的控制，就可以获得预期的组织和结构，充分发挥材料体系的潜能，因此，确定材料的相变温度十分有意义。 随温度的变化，材料在相变前后的差别可以作为检测材料相变温度的依据，本文所述的几种方法其基本原理都是通过比对材料随温度变化发生的改变从而来确定相变温度。 2 膨胀法 2.1 原理 物质的热膨胀是基于构成物质的质点间平均距离随温度变化而变化的一种现象，晶体发生相结构变化的同时总是伴随着热膨胀的不连续变化，因此相变过程中的热膨胀行为的测量是研究相变的重要手段之一。 将样品放入加热炉内，按给定的温度程序加热，加热炉和样品的温度分别由对应的热电偶进行测量，样品长度随温度变化而变化，同时样品支架和样品推杆的长度也发生变化，测量的长度变化结果是样品、样品支架和推杆三者长度变化总和。样品推杆将该长度变化总和传递给位移传感器后，使位移传感器的铁芯发生位置变化而产生电动势，该电动势由测量放大器按比例转换为直流电压，由计算机记录下来。 硬膜下血肿 病因 急性和亚急性硬膜下血肿一般为加速性暴力引起皮质与静脉窦之间的桥静脉撕断或是 脑挫裂伤皮质血管破裂引起出血，多发生在着力点的对冲部位。慢性硬膜下血肿绝大多数 有轻微头外伤史，尤以老年人额前或枕部着力。小儿慢性硬膜下血肿双侧居多，常因产伤 引起。 临床表现 1.急性硬膜下血肿 临床症状较重，并迅速恶化，尤其是特急性血肿。中间清醒期较少见，昏迷程度逐渐 加深。颅内压增高症状出现较早，脑疝症状出现较快，局灶症状如偏瘫、失语多见。 2.慢性硬膜下血肿 病史多不明确，可有轻微外伤史。慢性颅内压增高症状常于伤后1～3个月后出现如 头痛、视物模糊、一侧肢体无力等。精神智力症状表现为记忆力减退、智力迟钝、精神失 常等。局灶性症状表现为轻偏瘫、失语等。 检查 1.X线平片检查 部分急性硬膜下血肿病人伴有颅骨骨折，慢性硬膜下病人可显示脑回压迹、蝶鞍扩大 和骨质吸收。 2.头部CT扫描 急性硬膜下血肿在脑表面呈新月形或半月形高密度区。而慢性硬膜下血肿在颅骨内板 下可见一新月形、半月形混杂密度或等密度阴影，中线移位、脑室受压。 3.头部MRI扫描 亚急性或慢性硬膜下血肿MRI的T1和T2均表现为高信号。 诊断 急性硬膜下血肿根据外伤史、颅高压增高情况、伴有局灶体征，结合头颅CT扫描即 可明确诊断。慢性硬膜下血肿多发于老年人及小儿。一般在伤后3周至数月出现慢性颅内 压增高症状，多数经头颅CT扫描即可明确。 治疗 1.急性硬膜下血肿 出血量较少，无进行性意识恶化，血肿厚度<10mm，中线移位<5mm的急性硬膜下血肿，可暂行非手术治疗。手术治疗采用骨瓣开颅血肿清除和/或去骨瓣减压术。 2.慢性硬膜下血肿 首选颅骨钻孔冲洗闭式引流术。对于血肿囊壁肥厚伴钙化须行骨瓣开颅清除血肿术。 纳米材料相变 一、纳米金属结构与相变 1、纳米金属颗粒的结构受周围条件的影响而呈现不同，高温相容易呈现热稳定化。 比如：≤20nm的Co颗粒在室温下呈fcc晶体结构，而这正是大块的Co颗粒在420℃以下才呈现的稳定的结构。 比如：从Cu-Fe合中时效析出的γ-Fe固溶体（2～20nm）与基体共格（同为fcc结构），如将析出相剥离基体萃取出来，则呈现为fcc结构，但部分残留下来的Y—Fe固溶体(奥氏体)冷致液氦温度也不转变。 2、晶体结构决定于晶粒大小 比如经机械合金化（MA）球磨所得到10nm的γ-Fe粉，经570～670K退火1h在bcc晶界处原子重排，呈现具有磁性的有序γ-Fe，而这种γ-Fe比较稳定，但经920K退火1h由于界粒长大至几十纳米，而导致了γ→α的转变，γ-Fe 不复存在。 二、纳米材料的马氏体相变 1、Ms值受晶粒大小及制备方法的影响 比如：①以氢等离与金属反应方法制备的20～200nm直径的Fe-Ni （11.9at%～35.2at％Ni）颗粒；②在溅射所得Fe-Ni薄膜和蒸发沉积Fe-Ni薄膜的纳米颗粒（＜10nm＝；③以悬浮凝固（液N冷却）得到Fe（25～35％w）Ni 超细粉（10～200nm）；④以机械合金化（MA）制备Fe l00-x Ni x纳米晶。这些均表明与γ区溶解度较大块的Fe-Ni（α含10at％Ni γ含20at％Fe）要大，并且纳米晶体的尺寸效应抑制了γ→α的相变，但对α→γ逆相变几乎无影响。 又比如：以磁控溅射法制成纳米颗粒（10nm）Fe-Ni薄膜（KCl）基片得到≤36at％Ni合金呈bcc结构，≥60at％Ni合金呈fcc结构，（36～60）at％Ni间的合金为混合结构；其α区和γ区不但较大块的合金的宽得很多，也较上述不同方法制备的Fe-N1合金为大。将Fe-32at％Ni和Fe-46at％Ni合金试样在TEM中加热至573～773K，保温20min后观察伴随颗粒的长大而发生逆相变。逆相变的开始温度As与大块的相近，自773K冷致室温仍保持fcc结构；进一步冷却至77K，其结构和组织并不改变。这表明薄膜应力状态对结构有一定的影响。 结构动力学试题 2016年4月 重庆交通大学结构工程硕士研究生考试 1.试述结构动力问题和静力问题的主要区别（10分） 答：结构静力学相比，动力学的复杂性表现在： （1）动力问题具有随时间而变化的性质； （2）数学解答不是单一的数值，而是时间的函数； （3）惯性力是结构内部弹性力所平衡的全部荷载的一个重要部分； （4）引入惯性力后涉及到二阶微分方程的求解； （5）需考虑结构本身的动力特性：刚度分布、质量分布、阻尼特性分布的影响。 2.什么是结构动力系统的阻尼？一般结构系统的阻尼有何特性？在结构分析中 阻尼问题的处理方法有哪些？（20分） 答：（1）结构在震动过程中的能量耗散作用称为阻尼； （2）阻尼的特性：a、阻尼耗能与质量（反映附属部分大小）和刚度（反映位移大小）有关。b、难以采用精确的理论分析方法； （3）对于多自由度体系：在结构动力分析中，通常从系统响应这个角度来考虑阻尼，而且能量的损耗是由外界激励来平衡的。一个振动系统可能存在多种不同类型的阻尼，一般来说，要用数学的方法来精确描述阻尼目前是比较困难的。因此，人们根据经验提出了一些简化模型，常用的阻尼模型有黏性阻尼和结构阻尼。黏性阻尼系统：黏性阻尼的特点是阻尼力和运动速度成真封闭。 在用振型叠加法进行分析时，能否将联立的运动方程化为解耦的一系列单自由度运动方程，将取决于阻尼矩阵的性质，即结构的振型是否关于阻尼阵满足正交条件。如果满足阻尼阵的正交条件，则采用振型叠加法分析时，就可以把多自由度体系的动力反应问题化为一系列单自由度问题求解；如果不满足阻尼阵的正交条件，则对位移向量用振型展开后，关于振型坐标的运动方程成为耦联的，必须联立求解，与解耦方程相比，增加了难度和计算量。 3.试述多自由度体系振型矩阵关于质量矩阵和刚度矩阵的正交性的意义，并写出广义正交性的表达式且加以证明。（20分） 答：（1）由振型关于质量、刚度正交性公式可知，i振型上的惯性力在j振型上作的虚功为0。由此可知，既然每一主振型相应的惯性力在其他主振型上不做功，那么它的振动能量就不会转移到别的主振型上去。换句话说，当一个体系只按某一主振型振动时，不会激起其他主振型的振动。这说明各个主振型都能单独出现，彼此线性无关。这就是振型正交的物理意义。一是可用于校核振型的正确性；二是在已知振型的条件下，可以通过折算质量与折算刚度计算对应的频率。而更主要的是任一同阶向量均可用振型的线性组合来表示，在受迫振动分析中，利用振型的正交性，在阻尼矩阵正交的假设下可使运动方程解藕. （2）振型正交性的证明在Clough书中应用的是Betti互易定理，就像D’Alember 原理一样考虑了惯性力，是运动学中功的互等定理。实际振型正交性的证明可 08年工大材料系材料相变原理总复习题(貌似考研也能用) 题： 材料相变原理 复习题 第一章： 1说明成分、相、结构和组织四个概念的含义，并讨论45#钢室温平衡状态下的成分、相、结构和组织。 2 试述金属固态相变的主要特征。 3 哪些基本变化可以被称为固态相变？ 4 简述固态相变过程中界面应变能产生的原因。 5 简述固态相变形成新相的形状与界面能和界面应变能的关系， 6 扩散型相变和无扩散型相变各有哪些主要特点？ 第二章： 1 试述钢中奥氏体和铁素体的晶体结构、碳原子可能存在的部位以及碳原子在奥氏体和铁素体中的最大理论含量和实际含量。 2 以共析钢为例说明奥氏体的形成过程，并说明为什么在铁素体消失的瞬间还有部分渗碳体未溶解。 3 试述影响奥氏体晶粒长大的因素。 4 解释下列概念： 惯习面，非均匀形核，奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度，钢在加热时的过热现象，钢的组织遗传和断口遗传。 第三章： 1 试述影响珠光体转变动力学的因素。 2 试述钢中相间沉淀长生条件和机理。 3 概念解释：伪共析组织，魏氏组织，“派敦”处理。 第四章： 1 试述马氏体的晶体结构及其产生原因。 2 简述马氏体异常正方度的产生原因。 3 试述马氏体转变的主要特点。 4 试述钢中板条状马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。 5 Ms点的定义和物理意义。 6 试述影响Ms点的主要因素。 7 试述引起马氏体高强度的原因。 8 概念解释：奥氏体的热稳定化，奥氏体的机械稳定化，马氏体的逆转变，伪弹性，相变冷作硬化，形状记忆效应。 第五章： 1 试述贝氏体转变的基本特征。 2试述钢中上贝氏体和下贝氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。 3 试述影响贝氏体性能的基本因素。 4 试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。 第七章： 《结构动力学》读书报告 结构动力学读书报告 学习完本门课程和结合自身所学专业，我对本门课程内容的理解和在各方面的应用总结如下： 1.（1）结构动力学及其研究内容： 结构动力学是研究结构系统在动力荷载作用下的振动特性的一门科学技术，它是振动力学的理论和方法在一些复杂工程问题中的综合应用和发展，是以改善结构系统在动力环境中的安全和可靠性为目的的。本书的主要内容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构抗震计算及结构动力学的前沿研究课题。 （2）主要理论分析 结构的质量是一连续的空间函数，因此结构的运动方程是一个含有空间坐标和时间的偏微分方程，只是对某些简单结构，这些方程才有可能直接求解。对于绝大多数实际结构，在工程分析中主要采用数值方法。作法是先把结构离散化成为一个具有有限自由度的数学模型，在确定载荷后，导出模型的运动方程，然后选用合适的方法求解。 （3）数学模型 将结构离散化的方法主要有以下三种：①集聚质量法：把结构的分布质量集聚于一系列离散的质点或块，而把结构本身看作是仅具有弹性性能的无质量系统。由于仅是这些质点或块才产生惯性力，故离散系统的运动方程只以这些质点的位移或块的位移和转动作为自由 度。对于大部分质量集中在若干离散点上的结构，这种方法特别有效。 ②广义位移法：假定结构在振动时的位形（偏离平衡位置的位移形态）可用一系列事先规定的容许位移函数fi（它们必须满足支承处的约束条件以及结构内部位移的连续性条件）之和来表示，例如，对于一维结构，它的位形u(x)可以近似地表为： 结构动力学 (1) 式中的qj称为广义坐标,它表示相应位移函数的幅值。这样，离散系统的运动方程就以广义坐标作为自由度。对于质量分布比较均匀，形状规则且边界条件易于处理的结构，这种方法很有效。 ③有限元法：可以看作是分区的瑞利－里兹法，其要点是先把结构划分成适当数量的区域（称为单元），然后对每一单元施行瑞利－里兹法。通常取单元边界上（有时也包括单元内部）若干个几何特征点(例如三角形的顶点、边中点等)处的广义位移qj作为广义坐标，并对每个广义坐标取相应的插值函数作为单元内部的位移函数（或称形状函数）。在这样的数学模型中，要求形状函数的组合在相邻单元的公共边界上满足位移连续条件。一般地说，有限元法是最灵活有效的离散化方法，它提供了既方便又可靠的理想化模型，并特别适合于用电子计算机进行分析，是目前最为流行的方法，已有不少专用的或通用的程序可供结构动力学分析之用。 （4）运动方程 可用三种等价但形式不同的方法建立，即：①利用达朗伯原理引 第三章材料的相结构及相图 第一节材料的相结构 1.1置换固溶体 当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。 金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体，但溶解度视不同元素而异，有些能无限溶解，有的只能有限溶解。影响溶解度的因素很多，主要取决于以下几个因素： （1）晶体结构 晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。只有当组元A和B的结构类型相同时，B原子才有可能连续不断地置换A原子，如图3-1所示。 (2) 原子尺寸因素 (3) 化学亲和力 (电负性因素) (4)原子价合金中的电子浓度可按下式计算： (3-1) 式中 A--分别为溶剂； B--溶质的原子价； x--为溶质的原子数分数(％)。 图3-2 元素的电负性(虚线表示铁的电负性数值) 1.1.2间隙固溶体 溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。 在间隙固溶体中，由于溶质原子一般都比晶格间隙的尺寸大，所以当它们溶人后，都会引起溶剂点阵畸变，点阵常数变大，畸变能升高。因此，间隙固溶体都是有限固溶体，而且溶解度很小。 1.1.3固溶体的微观不均匀性 为了了解固溶体的微观不均匀性，可引用短程序参数。短程序参数α定义为 1.1.4固溶体的性质 （1）点阵常数改变 （2）产生固溶强化 （3）物理和化学性能的变化 1.2 中间相 1.2.1正常价化合物 1.2.2电子化合物 1.2.3原子尺寸因素有关的化合物 （1）间隙相和间隙化合物 (2) 拓扑密堆相 1.2.4超结构(有序固溶体) 金属间化合物由于原子键合和晶体结构的多样性，使得这种化合物具有许多特殊的物理、化学性能，已日益受到人们的重视，不少金属间化合物特别是超结构已作为新的功能材料和耐热材料正在被开发应用。 第二节二元系相图 2.1 固溶体的类型 置换固溶体示意图 间隙固溶体示意图 材料结构与相变(I) 大纲号：16130901学分：3学时：48执笔人：《材料结构与相变》修订组课程性 质：学科基础课 一、课程的地位与作用 《材料结构与相变》是为材料科学与工程”及材料加工与控制”专业的学生开设的一门学科基础课。课程以晶体结构、合金相图与相平衡、固态相变为基本内容，以金属材料为主，兼顾其它材料，主要讲授材料的结构、结构变化规律及结构与性能之间的内在联系，着重从 微观角度分析材料过程的规律，使学生系统掌握材料科学基础理论，认识材料和材料制备加 工过程的本质，为后续专业课程的学习打下基础。 二、课程的教学目标与基本要求 1. 教学目标 通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生掌握材料的微观结构特点，认识材料形成的几何规律和能量要求，能够分析材料结构变化的内在因素和外在条件，以及材料相变与材料 结构变化的联系，了解研究材料相变的热力学和动力学基础理论和分析方法，初步掌握材料 科学分析研究事物的基本思想。并通过本课程的学习，培养学生抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力、探讨研究能力，能够综合运用所学知识去分析问题和解决问题。 2. 基本要求 (1) 了解和掌握材料微观结构特征； (2) 掌握材料相变和相平衡热力学以及二元、三元相图基本知识; (3) 理解材料性能与相结构之间的联系。 、主要内容 1晶体的几何结构 1.1 △几何晶体学 1.1.1空间点阵、晶胞 1.1.2晶系与布拉菲点阵 1.1.3晶向指数、晶面指数、晶面间距1.2 △纯金属的晶体结构 1.2.1典型的金属晶体结构 1.2.2 △★晶体结构的几何性质 1.3原子结合理论 1.4 △合金的晶体结构 1.4.1固溶体 1.4.2中间相 1.5陶瓷的晶体结构 1.5.1离子晶体 1.5.2共价晶体 1.6非晶态结构 2晶体缺陷 2.1点缺陷 2.1.1 △点缺陷的种类 2.1.2点缺陷的热力学分析 2.2 △★位错 2.2.1 △位错的基本概念 4.3.1 △★二元相图的热力学分析 4.3.2 △典型二元相图2.2.2位错应力场与位错运动 2.2.3实际晶体中的位错 2.3 △★界面 2.3.1晶体表面 2.3.2晶界与相界 2.3.3界面的平衡偏析 2.4显微组织与其他缺陷 2.4.1显微组织 2.4.2其他缺陷 3高分子结构 3.1 基本概念 3.2高分子链结构 3.2.1近程结构 3.2.2远程结构 3.3高分子凝聚态结构 3.3.1高分子非晶态与晶态 3.3.2高分子取向结构 3.3.3高分子合金 4相图 4.1 △相图热力学基础 4.2 一元相图 4.3 二元相图 5扩散理论 5.1 △宏观扩散理论 审订人：陈光 低维材料与相变现象简介 (一) 低维材料： 某些特殊材料的晶体结构含有异向性一维的线性链或二维的平面，这种材料即俗称为低维度材料(low-dimensional materials)。由于这些材料晶体结构的特异性，故而造成许多低维度材料展现非常奇特的物理现象。例如，这些材料中的电子被限制在一维的线性链或二维的平面上做传输，故他们的导电性会在某一(或二)晶格方向特别好，而在其它方向导电性明显较差。那么立刻可能的问题是我们平时常见的铜线或金泊，是不是他们的导电性就只会在铜线线的方向或金泊平面的方向较好呢?答案是否定的。因为在微小电子的世界，铜线或金泊仍然是三维的，电子的传输方向仍然是遵循古典的统计法则而四面八方都有可能。除非铜线的直径或金泊的厚度小于电子的平均自由程(mean-free-path)，那么量子的效应才会显现出来。低维度材料中，一维(或准一维)材料由于其特殊不对称的晶体结构，因而多种此类材料会随着温度的变化展现出各式各样有趣的相变(phasetransition)现象。 (二) 相变与临界现象： 相变是有序和无序两种倾向矛盾斗争的表现。相互作用是有序的起因，热运动是无序的来源，而系统永远趋向于最大乱度与最低能量。在缓慢降温的过程中，每当一种相互作用的特征能量足以和热运动能量kBT 相比时，物质宏观状态可能发生变化。换句话说，每当温度低到一种程度，以致热运动不再能破坏某种特定相互作用造成的秩序时，就可能出现一个新的相(phase)。多种多样的相互作用，导致形形色色的相变现象。愈是走向低温，更为精细的相互作用就得以表现出来。而新相总是突然出现的，同时伴随着许多物理性质急剧变化。譬如说，水(液态)在一大气压下于摄氏零度就会发生一相变现象而变成了冰(固态)，或于摄氏一百度变成了水蒸气(气态)。对于水来说摄氏零度(或一百度)这一特殊温度我们称为临界温度(critical temperature)，而在临界温度时物质因相变而产生物理状态变化的现象称为临界现象(critical phenomena)。 相变一般可以分为『连续相变』(continuous phase transition)或『不连续相变』(discontinuous phase transition)。(不)连续相变就是在相变点上不仅热力学函数(不) 读书笔记 ——读《结构动力学》 1.1 结构动力学计算的目的和特点 结构动力学主要研究在动荷载作用下结构的位移和内力（以后统称为动力反应）的计算原理和计算方法。 结构动力分析要解决的问题有： 地震作用下建筑结构、桥梁、大坝的振动；风荷载作用下大型桥梁、高层结构的震动；机器转动产生的不平衡力引起的大型机器基础的振动；车辆运行中由于路面不平顺引起的车辆振动及车辆引起的路面振动；爆炸荷载作用下防护工事的冲击动力反应等等，量大而面广。 结构动力破坏的特点是突发性、毁灭性、波及面大等。 结构动力分析的目的是确定动力荷载作用下的结构内力和变形；通过动力分析确定结构动力特性等。 结构动力学研究结构体系的动力特性及其在动力荷载作用下的动力反应分析原理和方法的一门理论和技术学科。该学科的目的在于为改善工程结构体系在动力环境中的安全性和可靠性提供坚实的理论基础。 结构动力计算的特点为：a.动力反应要计算全部时间点上的一系列解，比静力问题复杂且要消耗更多的计算时间。b.与静力问题相比，由于动力反应中结构的位移随时间迅速变化，从而产生惯性力，惯性力对结构的反应又产生重要影响。 结构动力学和静力学的本质区别为是否考虑惯性力的影响。结构产生动力反应的内因（本质因素）是惯性力。惯性力的出现使分析工作变得复杂，而对惯性力的了解和有效处理又可使复杂的动力问题分析得以简化。 在结构动力反应分析中，有时可通过对惯性力的假设而使动力计算大为简化，如在框架结构地震反应分析中常采用的层模型。 惯性力的产生是由结构的质量引起的，对结构中质量位置及其运动的描述是结构动力分析中的关键，这导致了结构动力学和结构静力学中对结构体系自由度定义的不同。 动力自由度（数目）：动力分析中为确定体系任一时刻全部质量的几何位置所需要的独立参数的数目。独立参数也称为体系的广义坐标，可以是位移、转角或其它广义量。 1.2 载荷确定 载荷有三个因素，即大小、方向和作用点。如果这些因素随时间缓慢变化，则在求解结构的响应时，可把载荷作为静载荷处理以简化计算。载荷的变化或结构的振动是否“缓慢”，只是一个相对的概念。如果载荷的变化周期在结构自由振动周期的五、六倍以上，把它当作静载荷将不会带来多少误差。若载荷的变化周期接近于结构的自由振动周期，即使载荷很小，结构也会因共振（见线性振动）而产生很大的响应，因而必须用结构动力学的方法加以分析。 动载荷按其随时间的变化规律可以分为：①周期性载荷，其特点是在多次循环中载荷相继呈现相同的时间历程，如旋转机械装置因质量不平衡而引起的离心力。周期性载荷可借助傅里叶分析分解成一系列简谐分量之和。②冲击载荷，其特点是载荷的大小在极短的时间内有较大的变化。冲击波或爆炸是冲击载荷的典型来源。③随机载荷，其时间历程不能用确定的时间函数而只能用统计信息描述。由大气湍流引起的作用在飞行器上的气动载荷和由地震波引起的作用在结构物材料相变原理总复习题
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